Под тепловым действием электрического тока понимают явление гидратации внутренней энергии проводника в виде тепла вследствие прохождения через него электрического заряда. Это энергетическое превращение электрической энергии в тепловую, проявляющееся в нагреве и изменении физических свойств материала проводника.
| Явление | Описание | Пример |
|---|---|---|
| Нагрев проводника | Повышение температуры проводника при пропускании тока. | Нагрев спирали электрочайника. |
| Плавление плавкой вставки | Расплавление тонкой металлической нити предохранителя. | Срабатывание автомобильного предохранителя. |
| Термическое расширение | Увеличение линейных размеров проводника при нагреве. | Раздвижение контактных разрывов в контакторах. |
| Светящееся свечение | Излучение видимого света раскалённым проводником. | Накал лампы накаливания. |
| Изменение сопротивления | Рост или падение электрического сопротивления при нагреве. | Срабатывание термисторов в датчиках температуры. |
| Термоэлектрический эффект | Генерация ЭДС на границе двух металлов при разной температуре. | Датчики типа «термопара». |
| Пирография | Точная выжигающая обработка материалов током. | Кожевенное искусство и маркировка древесины. |
При прохождении электрического тока через проводник часть энергии превращается в тепло. Это проявляется прежде всего в увеличении температуры материала, что сопровождается рядом физических и химических эффектов.
- Рост температуры и нагрев спиралей, проволок, лезвий.
- Плавление и срабатывание защитных устройств (предохранителей и плавких вставок).
- Термическое расширение и изменение геометрических размеров элементов.
- Световое свечение раскалённых проводников (лампы накаливания).
- Изменение электрического сопротивления и работа термисторов.
- Термоэлектрические и пирографические эффекты.
Основными факторами, влияющими на интенсивность теплового действия электрического тока, являются сила тока, сопротивление проводника и продолжительность протекания тока. Чем выше сила тока и сопротивление, тем больше тепла выделяется в единицу времени по закону Джоуля–Ленца:
Q = I²·R·t, где Q – тепловая энергия, I – сила тока, R – сопротивление, t – время.
- Закон Джоуля–Ленца определяет количество выделяемого тепла.
- Сопротивление зависит от материала, площади поперечного сечения и температуры.
- Продолжительное протекание тока может привести к перегреву и таким внешним проявлениям, как деформация или разрушение элемента.
В разных технических устройствах нагрев проводника используется сознательно (нагревательные элементы, паяльники) или компенсируется защитными мерами (тепловые предохранители, автоматические выключатели).
Дополнительные проявления теплового действия электрического тока включают:
- Термическое старение изоляционных материалов;
- Окисление и изменение химического состава металлов;
- Термическое пульсирование в импульсных системах.
Часто задаваемые вопросы
- В: Как связаны сила тока и выделяемое тепло?
- О: Согласно закону Джоуля–Ленца, тепло пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени протекания тока.
- В: Можно ли минимизировать тепловое действие в проводниках?
- О: Да, уменьшив сопротивление (увеличив сечение, применяя материалы с высокой электропроводностью) или снизив силу тока.
- В: Что такое терморезистор и как он использует тепловой эффект?
- О: Терморезистор (термистор) – это резистор, сопротивление которого меняется с температурой и служит для измерения или компенсации тепловых изменений.
- В: Почему лампа накаливания светится при подаче тока?
- О: Раскалённая до высоких температур нить накала излучает в видимом спектре, превращая электрическую энергию в световую и тепловую.
- В: Как используются плавкие вставки в электрических цепях?
- О: Плавкая вставка с определённым сечением плавится при превышении заданного тока, защищая цепь от перегрузки и короткого замыкания.
- В: В чем отличие термоэлектрических и термических эффектов тока?
- О: Термические эффекты связаны с выделением и переносом тепла, а термоэлектрические – с возникновением ЭДС между разными металлами при градиенте температуры.
